凸輪廓線生成實驗儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種凸輪廓線生成實驗儀，包括一個可轉動的凸輪圓盤、一個能夠在其表面上貼附從動件位移線圖的位移圖塊、以及兩支畫筆，所述凸輪圓盤上設置有圓形紙片，所述的兩支畫筆豎直地設置在聯動機構的兩端，并且兩支畫筆分別位于凸輪圓盤和位移圖塊的上方，其中一支畫筆可沿位移線圖的坐標軌跡移動，當此畫筆沿位移線圖的起點位置移動到終點位置時，凸輪圓盤轉動，聯動的另一支畫筆在凸輪圓盤上的圓形紙片上繪出相應的凸輪廓線。采用本實驗儀進行教學可以幫助學生了解凸輪廓線對從動件運動規律的影響，加深學生對凸輪機構理論知識的理解，掌握凸輪機構的設計方法。
【專利說明】凸輪廓線生成實驗儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種教學設備，特別是涉及一種凸輪廓線生成實驗儀。
[0002]
【背景技術】
[0003]凸輪機構是由凸輪、從動件、機架組成的一種高副機構，其中，凸輪是一個具有曲線輪廓的構件，通常作連續的轉動；從動件在凸輪輪廓的控制下，按預定的運動規律作往復移動或擺動。在各種機器中，為了實現各種復雜的運動要求，廣泛地使用著凸輪機構，譬如:在汽車發動機和其它自動化機械、精密儀器、印刷機械、食品機械、包裝機械以及自動化控制系統中都有著廣泛的應用。
[0004]凸輪機構也是機械原理教學中的一個重要內容，學習這部分的知識，就是要學生掌握凸輪機構的特點和應用，并能根據選定的凸輪類型和從動件運動規律設計出相應的凸輪輪廓曲線。在凸輪機構中，從動件的運動規律和凸輪廓線的生成是密切相關的，因此，設計一種凸輪廓線生成實驗儀，讓學生親手繪制從動件運動規律線圖，通過操作實驗儀繪出相應的凸輪廓線，對于學生加深對凸輪機構理論知識的理解、掌握凸輪輪廓和從動件位移的關系與設計方法、了解凸輪廓線對從動件運動規律的影響等均有十分重要的意義。
[0005]凸輪機構主要是由凸輪旋轉帶動從動推桿進行工作的，所以設計凸輪機構時，首先就是要根據實際工作要求確定從動件的運動規律，然后依據這一運動規律設計出凸輪輪廓曲線。為了說明凸輪廓線設計方法的基本原理，我們首先對已有的凸輪機構進行分析，如圖1a所示為一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構，當凸輪以角速度ω繞軸心O等速逆時針回轉時，將推動推桿上下運動。如圖1b為凸輪回轉角度Θ時，推桿發生相應位移量的位移線圖。設想給整個凸輪機構加上一個公共角速度_ω，使其繞凸輪軸心O轉動，根據相對運動原理，我們知道凸輪與推桿間的相對運動關系并不發生改變，但此時凸輪將靜止不動，而推桿則一方面和機架一起以角速度_ω繞凸輪軸心O轉動，同時又在其導軌內按預期的運動規律運動。由此可知，從動推桿在復合運動過程中，其尖頂的軌跡就是凸輪廓線。
[0006]根據圖1a和圖1b的對心直動盤形凸輪機構凸輪與從動推桿之間的相對運動分析可知，推桿相對于凸輪的運動一是相對于凸輪軸心O的轉動，二是相對于沿導路的移動，位移線圖的形成是相對于凸輪轉動的X坐標(即水平坐標)和沿導路移動的y坐標(即垂直坐標)構成，這兩者的運動就是凸輪廓線與從動件位移線圖的關聯運動。若將已有的位移線圖水平移動，同時使凸輪轉動，則位移線圖的垂直坐標移動量與推桿相對于凸輪沿導路的移動量是完全相同的，因此，在位移線圖水平移動和凸輪相應轉動的同時，采用聯動的兩支筆，保證其沿垂直導路的移動，當一支筆按照已有位移線圖的y坐標移動時，聯動的另一端的筆則在轉動的圓盤上繪制出凸輪的廓線，本發明正是基于此原理而設計的一種凸輪廓線生成實驗儀。
[0007]
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種凸輪廓線生成實驗儀，通過操作實驗儀能夠幫助學生了解凸輪廓線對從動件運動規律的影響，加深學生對凸輪機構理論知識的理解，掌握凸輪機構的設計方法。
[0009]為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案:
一種凸輪廓線生成實驗儀，其特征在于，包括一個可轉動的凸輪圓盤、一個能夠在其表面上貼附從動件位移線圖的位移圖塊、以及兩支畫筆，所述凸輪圓盤上設置有圓形紙片，所述的兩支畫筆豎直地設置在聯動機構的兩端，并且兩支畫筆分別位于凸輪圓盤和位移圖塊的上方，其中一支畫筆可沿位移線圖的坐標軌跡移動，當此畫筆沿位移線圖的起點位置移動到終點位置時，凸輪圓盤轉動，聯動的另一支畫筆在凸輪圓盤上的圓形紙片上繪出相應的凸輪廓線。
[0010]進一步，本發明還包括水平驅動機構，所述水平驅動機構包括滑動設置的連接板、設置在連接板下方的螺桿以及設置在螺桿上的螺母，所述位移圖塊固定在連接板上，所述螺母與連接板連接起來，當螺桿轉動時，螺母在螺桿上運動并帶動連接板沿位移線圖的水平坐標方向滑動。
[0011]進一步，本發明還包括齒輪齒條機構，所述齒輪齒條機構包括齒條、齒輪和轉軸，所述齒條固定在連接板上，所述齒輪和凸輪圓盤設置在轉軸上，齒輪與齒條嚙合，當連接板滑動時，齒條隨連接板滑動并帶動齒輪轉動，齒輪帶動轉軸轉動，轉軸帶動凸輪圓盤轉動。
[0012]進一步，所述聯動機構包括設置在凸輪圓盤與位移圖塊之間并可沿位移線圖垂直坐標方向滑動的移動滑架、固定在移動滑架上的筆架支承立柱、以及兩根相互平行的上筆架桿和下筆架桿，所述上筆架桿和下筆架桿兩者均由兩根橫桿相互鉸接而成，上筆架桿與下筆架桿的端部之間設置有筆夾，兩支畫筆分別被夾持在位于兩端的筆夾上；所述移動滑架上端的凸臺上具有圓柱形凸起，該圓柱形凸起設置有彈簧以及可上下滑動的滑塊，所述彈簧位于滑塊與移動滑架上端的凸臺之間；所述滑塊的兩端各設置有一根呈傾斜狀態的連桿，連桿的一端鉸接在滑塊上，連桿的另一端連接在上筆架桿上。
[0013]本發明的顯著效果在于:本發明設計巧妙，利用螺旋機構和齒輪齒條機構實現了位移圖塊和凸輪圓盤的聯動，利用聯動機構實現了兩支畫筆的聯動，在操作實驗儀時，首先根據從動件的運動規律，按照要求繪出位移線圖，并將位移線圖貼附在位移圖塊上；然后調整儀器，使其中一支畫筆對準位移線圖的起點；最后壓下此畫筆，使此畫筆沿位移線圖的坐標軌跡移動，此時聯動的另一支畫筆隨之下壓，并在凸輪圓盤上的圓形紙片上繪制出相應的凸輪廓線。在對凸輪機構的相關知識點進行教學時，學生可通過本實驗儀進行實驗，在進行實驗時，學生需要預先根據從動件的運動規律繪制位移線圖，同時學生又需要親手操作，根據位移線圖繪制出相應的凸輪廓線，這樣可以幫助學生了解凸輪廓線對從動件運動規律的影響，加深學生對凸輪機構理論知識的理解，掌握凸輪機構的設計方法。
[0014]
【專利附圖】
【附圖說明】
圖1a為一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構的結構示意圖，其中，凸輪以角速度ω繞軸心O等速逆時針轉動；
圖1b為圖1a中的凸輪回轉角度Θ時，推桿發生相應位移量的位移線圖；
圖2為本發明凸輪廓線生成實驗儀的立體圖； 圖3為本發明凸輪廓線生成實驗儀的后視圖；
圖4為本發明凸輪廓線生成實驗儀的右視圖；
圖5為圖3的D-D剖面圖；
圖6為本發明位移圖塊和凸輪圓盤關聯運動的設計簡圖；
圖7為本發明畫筆聯動機構的設計簡圖。
[0015]圖中，I 一底座，2—底座支撐立柱，3—凸輪圓盤，4 一位移圖塊，5—齒條連接板，51一矩形孔，52一矩形窗口，6—螺桿，7—螺母，8—滾子，9一齒條,10一齒輪,11一轉軸，12—壓板，13—面板，14 一畫筆，15—導桿支承座，16—移動滑架，17—筆架支承立柱，18—上筆架桿，19一下筆架桿，20—筆夾，21—彈簧，22—滑塊，23—連桿。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0018]參見附圖，一種凸輪廓線生成實驗儀，包括底座I以及用于支撐底座I的四根底座支撐立柱2，底座I上設置有一個凸輪圓盤3和一個位移圖塊4，位移圖塊4呈矩形，位移圖塊4的上表面能夠用于貼附從動件位移線圖(如圖1b所示)，位移圖塊4能夠在水平驅動機構的帶動下沿位移線圖的X軸(即水平坐標軸，也即代表凸輪旋轉角度的坐標軸)方向滑動，水平驅動機構包括可滑動地設置在底座I上的齒條連接板5、設置在齒條連接板5下方的螺桿6以及設置在螺桿6上的螺母7，位移圖塊4固定在齒條連接板5上，齒條連接板5的中部具有一個矩形孔51，螺母7的上半部分嵌入矩形孔51中，從而將齒條連接板5與螺母7連接起來；當螺桿6轉動時，螺母7在螺桿6上運動并帶動齒條連接板5沿位移線圖的水平坐標軸方向滑動。
[0019]底座I的兩側設置有向上延伸的翻邊，齒條連接板5呈矩形，齒條連接板5的一側與底座I 一側的翻邊貼合，齒條連接板5的另一側設置有齒輪齒條機構，由于齒條連接板5的一側貼合在底座I 一側的翻邊上，因此在齒條連接板5滑動時，齒條連接板5就可以沿底座I的翻邊的水平滑動，避免其出現歪斜的情況；當然為了減小摩擦，可在齒條連接板5的一側設置若干個滾子8，滾子8與底座I 一側的翻邊接觸；齒輪齒條機構包括齒條9、齒輪10和轉軸11，齒條9通過三個螺釘和一個定位銷連接在齒條連接板5的側面上，為了方便連接，齒條連接板5上具有一個矩形窗口 52，矩形窗口 52是為了實現與齒條9連接而留出的扳手空間，在連接時，操作者可通過手將齒條9壓緊在齒條連接板5的側面上，然后裝上先裝上定位銷，最后再將三個螺釘擰入；凸輪圓盤3和齒輪10由上至下安裝在轉軸11上，并且兩者通過鍵與轉軸11轉動連接，同時齒輪10與齒條9嚙合。當齒條連接板5滑動時，齒條9隨之滑動并帶動齒輪10轉動，齒輪10帶動轉軸11轉動，轉軸11帶動凸輪圓盤3轉動。
[0020]凸輪圓盤3的上表面設置有圓形紙片，為了將圓形紙片壓緊，本實施例還包括壓板12，轉軸11的頂部具有螺釘孔，壓板12通過螺釘鎖緊在凸輪圓盤3上并將圓形紙片壓緊；為了使實驗儀的結構更加緊湊，本實施例還包括面板13，面板13通過螺釘固定在底座I上表面兩側的翻邊上；面板13上具有一個與凸輪圓盤3匹配的圓形孔和一個與位移圖塊4匹配的條形孔，凸輪圓盤3嵌設在面板13的圓形孔中，位移圖塊4位于面板13的條形孔中，并且位移圖塊4可沿面板13的條形孔來回滑動。
[0021]本發明還包括豎直設置在聯動機構兩端的兩支畫筆14，聯動機構包括導桿支承座
15、移動滑架16、筆架支承立柱17、上筆架桿18和下筆架桿19，導桿支承座15通過螺釘固定在面板13上，并且導桿支承座15位于凸輪圓盤3與位移圖塊4之間；導桿支承座15上設置有沿位移線圖的y軸(即垂直坐標軸，也即代表從動件位移的坐標軸)方向延伸的導桿，移動滑架16可滑動地設置在導桿上；筆架支承立柱17通過螺釘固定在移動滑架16上，筆架支承立柱17上設置有兩根相互平行的上筆架桿18和下筆架桿19，上筆架桿18和下筆架桿19兩者均是由兩根橫桿相互鉸接而成；上筆架桿18與下筆架桿的端部之間設置有筆夾20，兩支畫筆14分別被夾持在位于兩端的筆夾20上；移動滑架16上端的凸臺上具有圓柱形凸起，該圓柱形凸起設置有彈簧21以及可上下滑動的滑塊22，彈簧21位于滑塊22與移動滑架16上端的凸臺之間；滑塊22的兩端各設置有一根呈45°傾斜的連桿23，連桿23的一端鉸接在滑塊22上，連桿23的另一端連接在上筆架桿18上。
[0022]本實驗儀的操作過程如下:(1)根據從動件的運動規律，按照要求繪出位移線圖并將位移線圖貼附在位移圖塊4上；(2)調整儀器，使其中一支畫筆對準位移線圖的起點；
(3)壓下此畫筆，通過轉動螺桿6和調節移動滑架16，使此畫筆沿位移線圖的坐標軌跡移動，此時凸輪圓盤3轉動，當此畫筆由位移線圖的起點位置移動到終點位置時，凸輪圓盤3剛好轉動一圈(位移圖塊4的單向位移量等于齒輪10分度圓周長)，此時聯動的另一支畫筆隨之下壓，并在凸輪圓盤3上表面的圓形紙片上繪出相應的凸輪廓線。
[0023]最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制技術方案，盡管 申請人:參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種凸輪廓線生成實驗儀，其特征在于，包括一個可轉動的凸輪圓盤、一個能夠在其表面上貼附從動件位移線圖的位移圖塊、以及兩支畫筆，所述凸輪圓盤上設置有圓形紙片，所述的兩支畫筆豎直地設置在聯動機構的兩端，并且兩支畫筆分別位于凸輪圓盤和位移圖塊的上方，其中一支畫筆可沿位移線圖的坐標軌跡移動，當此畫筆沿位移線圖的起點位置移動到終點位置時，凸輪圓盤轉動，聯動的另一支畫筆在凸輪圓盤上的圓形紙片上繪出相應的凸輪廓線。
2.根據權利要求1所述的凸輪廓線生成實驗儀，其特征在于，還包括水平驅動機構，所述水平驅動機構包括滑動設置的連接板、設置在連接板下方的螺桿以及設置在螺桿上的螺母，所述位移圖塊固定在連接板上，所述螺母與連接板連接起來，當螺桿轉動時，螺母在螺桿上運動并帶動連接板沿位移線圖的水平坐標方向滑動。
3.根據權利要求2所述的凸輪廓線生成實驗儀，其特征在于，還包括齒輪齒條機構，所述齒輪齒條機構包括齒條、齒輪和轉軸，所述齒條固定在連接板上，所述齒輪和凸輪圓盤設置在轉軸上，齒輪與齒條嚙合，當連接板滑動時，齒條隨連接板滑動并帶動齒輪轉動，齒輪帶動轉軸轉動，轉軸帶動凸輪圓盤轉動。
4.根據權利要求1所述的凸輪廓線生成實驗儀，其特征在于，所述聯動機構包括設置在凸輪圓盤與位移圖塊之間并可沿位移線圖垂直坐標方向滑動的移動滑架、固定在移動滑架上的筆架支承立柱、以及兩根相互平行的上筆架桿和下筆架桿，所述上筆架桿和下筆架桿兩者均由兩根橫桿相互鉸接而成，上筆架桿與下筆架桿的端部之間設置有筆夾，兩支畫筆分別被夾持在位于兩端的筆夾上；所述移動滑架上端的凸臺上具有圓柱形凸起，該圓柱形凸起設置有彈簧以及可上下滑動的滑塊，所述彈簧位于滑塊與移動滑架上端的凸臺之間；所述滑塊的兩端各設置有一根呈傾斜狀態的連桿，連桿的一端鉸接在滑塊上，連桿的另一端連接在上筆架桿上。
【文檔編號】G09B25/02GK104134391SQ201410361824
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】林昌華, 楊巖, 黃霞 申請人:重慶理工大學